金屬鈉性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)

徐小健

摘要：對(duì)金屬鈉的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)，用易得的器材、巧妙的方法探究了鈉在空氣中的顏色變化、鈉在空氣中燃燒、鈉與水反應(yīng)等性質(zhì)。新改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，操作方便，有益于環(huán)保，既有利于學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，又有利于在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)驗(yàn)探究能力等化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：金屬鈉；鈉燃燒；鈉與水反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）2–0066–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

人教版與蘇教版高中化學(xué)必修1教材中都有金屬鈉的性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)，但或多或少都存在一些不足。經(jīng)過多次的探究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這些實(shí)驗(yàn)都可以作一些改進(jìn)，設(shè)計(jì)得更加合理，使其更適合實(shí)驗(yàn)探究與教學(xué)。

1 探究金屬鈉的顏色及在空氣中顏色的變化

1.1 原實(shí)驗(yàn)不足之處

兩種版本的教材中都是用濾紙吸干鈉表面煤油后，用小刀切去一端外皮，觀察鈉的顏色。由于金屬鈉在空氣中氧化比較迅速，用小刀切開金屬鈉，表面馬上變暗，學(xué)生不易觀察到鈉的銀白色與光澤，也不能明顯地觀察到表面顏色的變化[1]。

1.2 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)

（1）方法一

①材料準(zhǔn)備：將1mL塑料注射器前端切去，用它作鈉的取用器。為了使鉆取更容易，最好先用卷筆刀將注射器前端削薄些，再用小刀將前端切面修平整，以便在鉆取時(shí)能更好地將鈉切開。再準(zhǔn)備底部有圓孔的橡膠塞（一頭有孔）或用打孔器在橡膠塞上打一個(gè)適當(dāng)大小的孔（不要打穿），用來放置鉆取鈉后的注射器，既能讓鈉更少地接觸空氣，又能防止手不小心碰到。如圖1所示。

②實(shí)驗(yàn)操作：取一塊較大鈉塊（寬度和厚度 8～10mm）置于濾紙上，一只手用鑷子固定鈉塊，另一只手緊握上述注射器垂直插入鈉塊中，直至鉆透，然后拔出注射器，剛剛鉆取的鈉就留在注射器內(nèi)，從注射器外側(cè)可以觀察到金屬鈉美麗的銀白色金屬光澤，宛如“銀鏡”。緩緩?fù)苿?dòng)芯桿，推出小部分金屬鈉，對(duì)比觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將注射器插入橡膠塞的小孔內(nèi)。如圖2所示。

（2）方法二：如果沒有1mL注射器，也可以用單球干燥管（盡可能選較小規(guī)格）替代。取一塊較大鈉塊置于濾紙上，一只手用鑷子固定鈉塊，另一只手握住干燥管大頭一端，用小頭玻璃管一端垂直向下鉆取鈉塊。這樣操作很順手，不必用很大的力。由于干燥管是玻璃的，透明度更高，從干燥管外側(cè)同樣可以觀察到金屬鈉美麗的銀白色金屬光澤。將干燥管平放后，用細(xì)玻璃棒或竹針等將干燥管內(nèi)的金屬鈉緩緩?fù)瞥鲆恍〔糠?，通過對(duì)比觀察，可以立即觀察到露于空氣中的鈉表面變暗了。如圖3所示。

要注意的是鉆取時(shí)最好能戴上手套，以防受傷，鉆取后剩余的鈉塊要及時(shí)放回原試劑瓶中，而后續(xù)實(shí)驗(yàn)中用到的鈉就可以從注射器或干燥管中取用了。由于鉆取的鈉上煤油極少，也就省去了用濾紙吸煤油這一操作。這兩種方法操作都很方便，效果十分理想，相比較而言，方法一操作更為方便。由于注射器上有刻度，可以讓學(xué)生根據(jù)實(shí)際需要，用芯桿推出所需長(zhǎng)度的金屬鈉以獲取綠豆?；蛎琢４笮?，可操作性更強(qiáng)，而且進(jìn)入注射器中的鈉幾乎與空氣隔絕，可以長(zhǎng)時(shí)間觀看到鈉的銀白色金屬光澤。

2 探究金屬鈉在空氣中的燃燒

2.1 原實(shí)驗(yàn)不足之處

蘇教版中鈉的燃燒是在石棉網(wǎng)上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)中只能觀察到黑色物質(zhì)生成，通?？床坏降S色的物質(zhì)[2]；而人教版中是在坩堝中進(jìn)行的，這樣操作不太方便，產(chǎn)生較多的煙擴(kuò)散到教室里，易污染教室環(huán)境，影響師生健康，實(shí)驗(yàn)后的坩堝也基本報(bào)廢了。

2.2 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)

（1）方法一

①材料準(zhǔn)備：取一支12mm×100mm的小試管，從試管內(nèi)用玻璃棒將底部捅破（如果底部有破損的試管就可以直接拿來用了，目的是便于燃燒時(shí)空氣流通），由于小試管的管壁薄，鈉在加熱燃燒時(shí)所需時(shí)間短。將試管夾的長(zhǎng)柄一端切去兩側(cè)等長(zhǎng)待用（也可用晾衣的竹夾替代）。

②實(shí)驗(yàn)操作：切取綠豆粒大小的金屬鈉，置于破損試管中（距管口約1cm），用上述加工過的試管夾夾住試管底部在酒精燈火焰上加熱，觀察到金屬鈉熔化后表面產(chǎn)生一層黑膜（或燃燒）時(shí)，停止加熱，將試管與試管夾一起置于石棉網(wǎng)（或其他墊板）上，試管夾的頭部朝下，這樣試管自然形成一定的角度，有利于空氣流通，立即罩上玻璃水槽或大燒杯?？梢杂^察到鈉繼續(xù)燃燒，產(chǎn)生黃色火焰，最終生成淡黃色的固體。如圖4所示。

（2）方法二：由于易拉罐底部跟蒸發(fā)皿類似，也可以用鋁制易拉罐底部做鈉燃燒的承載體[3]。切取綠豆粒大小的金屬鈉，置于易拉罐底部（只剪取底部有凹穴的一部分）凹穴中央，用坩堝鉗夾持在酒精燈上加熱，觀察到鈉燃燒后，立即將其置于石棉網(wǎng)上，并快速用一倒置的漏斗（漏斗口徑盡可能大些，如90mm規(guī)格，以確保有足量的空氣，在漏斗的尖嘴處用乳膠頭封?。└采w，觀察鈉的燃燒現(xiàn)象。如圖5所示。

這兩種方法均較好地防止了產(chǎn)生的煙的擴(kuò)散，更綠色環(huán)保。相比而言，方法一操作更方便，現(xiàn)象更易觀察。

3 探究金屬鈉與水的反應(yīng)

3.1 原實(shí)驗(yàn)不足之處

兩種版本的教材都是在燒杯中加適量水，滴入幾滴酚酞溶液，然后把一小塊鈉放入水中。這樣在實(shí)驗(yàn)時(shí)，熔化的鈉很容易游到燒杯壁上發(fā)生燃燒，給實(shí)驗(yàn)帶來不便；在反應(yīng)前就滴入酚酞，之后不易直觀了解溶液為何變紅。其實(shí)能否變紅，取決于是否加酚酞溶液，如果不加酚酞?jiǎng)t溶液是無色的，如果加石蕊溶液，溶液就變成藍(lán)色；此外，這個(gè)實(shí)驗(yàn)還無法檢驗(yàn)生成的氣體。

3.2 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)

（1）方法一：將燒杯改為250mL錐形瓶，加入約50mL水，這樣由于錐形瓶下大上小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，金屬鈉在反應(yīng)過程中不容易游到壁上去。另外待反應(yīng)結(jié)束后再滴入酚酞溶液，對(duì)比顏色變化更有利于學(xué)生根據(jù)觀察得出正確的結(jié)論。

（2）方法二：將適當(dāng)大小的鈉塊置于玻璃注射器針筒內(nèi)，快速吸入適量水，鈉遇到水后迅速反應(yīng)（針頭朝下），反應(yīng)結(jié)束后將溶液壓入燒杯內(nèi)?？刂坪没钊耐苿?dòng)速度，將針筒內(nèi)的氣體擠出并點(diǎn)燃。向燒杯內(nèi)加入酚酞，溶液變紅。

（3）方法三：在干燥管內(nèi)裝入適量水（下端用乳膠頭套住，水面距干燥管頂端留些空間），固定于鐵架臺(tái)上，下方放一個(gè)燒杯，如圖6（a）所示。在橡膠塞上固定一根針（可以用回形針加工），在將針扎入橡膠塞時(shí)，可以用鑷子根部夾住針的末端部位，一只手握緊鑷子兩側(cè)，這樣就可以輕松完成，而且針也不會(huì)變形。實(shí)驗(yàn)前將切取大小適中的鈉塊固定于針上，塞緊橡皮塞（不要接觸到水）。實(shí)驗(yàn)時(shí)拔去乳膠頭（此時(shí)水不會(huì)流下來），將針快速下壓，使鈉進(jìn)入水中。由于干燥管內(nèi)幾乎沒有空氣，所以非常安全，產(chǎn)生的氣體將干燥管內(nèi)的水壓出，如果還有鈉剩余，則剩余的鈉將繼續(xù)與燒杯中的水反應(yīng)，直至反應(yīng)結(jié)束，此時(shí)干燥管內(nèi)已收集滿生成的氣體。向燒杯內(nèi)的溶液中滴入酚酞溶液，溶液變紅，說明生成了堿性物質(zhì)。將干燥管倒置并固定于鐵架臺(tái)上，如圖6（b）所示。將橡皮塞取下[4]，迅速用點(diǎn)燃的火柴靠近干燥管上方的管口，可以觀察到氣體起初能夠安靜地燃燒，產(chǎn)生黃色火焰，當(dāng)火焰快熄滅時(shí)可聽到一聲尖銳的爆鳴聲，說明鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是H2。

這三個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)都比較安全，操作也很簡(jiǎn)便。其中方法三取材容易，操作方便，現(xiàn)象明顯，既能同時(shí)探究金屬鈉與水反應(yīng)的生成物，還能演示氫氣的燃燒和爆鳴實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生留下深刻的印象。

以上改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作方便，現(xiàn)象明顯，既適合教師演示，也適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。在課堂上，從一開始取用鈉的方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)比觀察鈉在空氣中顏色變化的現(xiàn)象明顯，又為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供了高品質(zhì)的鈉。通過目測(cè)注射器或干燥管內(nèi)金屬鈉的長(zhǎng)度切取合適大小的鈉塊，為學(xué)生取用金屬鈉提供了更可行的尺度標(biāo)準(zhǔn)，而且握持注射器或干燥管，用小刀切取的操作十分方便。這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)一氣呵成，既提高了效率，讓學(xué)生充分體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)帶來的無窮樂趣，還培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力和創(chuàng)新意識(shí)等化學(xué)核心素養(yǎng)，可謂一舉多得。

參考文獻(xiàn)：

[1]李改芳.關(guān)于教材中鈉的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014，（5）：62.

[2]楊麥琴.鈉的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].浙江教育技術(shù)，2011，（6）：47.

[3]江程翔，程志遠(yuǎn).用易拉罐改進(jìn)“鈉燃燒實(shí)驗(yàn)”[J].發(fā)明與創(chuàng)新（中學(xué)生），2015，（4）：26.

[4]齊俊林，趙立國(guó).鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新方法[J].化學(xué)教學(xué)，2009，（10）：17.